Em uma manhã estranhamente tropical na área da baía de São Francisco, o chão brilha com ondas de calor, e é impossível olhar para o céu sem apertar os olhos. Mas o calor real está dentro do Laboratório de Solar e Astrofísica da Lockheed Martin em Palo Alto. Lá, em uma sala escura repleta de processadores de computador, uma visão de alta definição do Sol preenche nove telas de TV unidas para criar uma extravagância solar com qualidade de teatro de dois metros de largura.
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Novos telescópios deram aos cientistas visões sem precedentes do Sol, ajudando-os a entender melhor a atividade solar
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O físico solar Karel Schrijver digita comandos para iniciar o show: um filme acelerado de uma sequência de explosões que destruiu o Sol em 1º de agosto de 2010. “Este é um dos dias mais impressionantes que já vi no Sol”, diz Schrijver. . Ele está olhando para a nossa estrela mais próxima há duas décadas.
"No início, esta pequena região decide que não é feliz", diz ele, parecendo um psiquiatra astronômico lidando com neuroses solares. Ele aponta para um clarão, um modesto espasmo de luz esbranquiçada. “Então, esta região próxima começa a ficar infeliz e se inflama. Então um enorme filamento irrompe e corta o campo [magnético] como uma faca. Nós vemos este arco de material brilhante, e cresce com o tempo. Um pequeno filamento sob o arco diz: "Eu não gosto disso nem um pouco", e ele se torna instável e se apaga.
Quem sabia que o Sol tem tanta personalidade?
Em poucas horas - acelerado em minutos no replay digitalizado - grande parte de seu campo magnético “fica aborrecido”, diz Schrijver, e se rearranja, liberando chamas e vastos arrotos de gás magnetizado. A reação em cadeia é mais vívida do que qualquer representação de Hollywood. “Quando mostramos esses filmes aos nossos colegas pela primeira vez”, diz Schrijver, “a expressão profissional é geralmente 'Whoa!'”
A torrente de imagens vem do satélite mais avançado que já estudou o Sol: o Solar Dynamics Observatory da NASA, ou SDO. Lançada em fevereiro de 2010, a SDO observa a estrela a partir de um ponto a 22.300 milhas acima da Terra. A órbita do satélite o mantém em uma posição estável em vista de duas antenas de rádio no Novo México. A cada segundo, 24 horas por dia, o SDO envia 18 megabytes de dados para o solo. As imagens de alta resolução, bem como os mapas dos campos magnéticos torturados do Sol, mostram a gênese das manchas solares e as origens de suas explosões.
Este filme solar deve fornecer novos insights sobre o clima espacial - os impactos sentidos na Terra quando as ejeções do Sol se dirigem para o nosso caminho. Às vezes o clima é ameno. As erupções de 1º de agosto de 2010 provocaram exibições coloridas de auroras boreais nos Estados Unidos, dois dias depois, quando uma tempestade de gás carregado de alta velocidade perturbou o campo magnético da Terra. Mas quando o Sol realmente fica irritado, as luzes do norte podem sinalizar ameaças potencialmente incapacitantes.
A tempestade solar mais intensa já registrada ocorreu no verão de 1859. O astrônomo britânico Richard Carrington observou uma rede gigante de manchas solares no dia 1º de setembro, seguida pela erupção mais intensa já registrada. Dentro de 18 horas, a Terra estava sob cerco magnético. As deslumbrantes luzes do norte brilhavam até o sul do Mar do Caribe e do México, e os fios de ignição desligavam as redes telegráficas - a Internet do dia - na Europa e na América do Norte.
Uma tempestade magnética em 1921 derrubou o sistema de sinalização das linhas férreas de Nova York. Uma tempestade solar em março de 1989 paralisou a rede elétrica em Quebec, privando milhões de consumidores de eletricidade por nove horas. E em 2003, uma série de tempestades causou blecautes na Suécia, destruiu um satélite científico japonês de US $ 640 milhões e forçou as companhias aéreas a desviar voos do Pólo Norte a um custo de US $ 10.000 a US $ 100.000 cada.
Nossa moderna sociedade eletrônica, globalmente conectada, é agora tão dependente de extensos transformadores e enxames de satélites que uma grande explosão do Sol poderia trazer muita coisa para baixo. De acordo com um relatório de 2008 do National Research Council, uma tempestade solar do tamanho dos eventos de 1859 ou 1921 poderia zapear satélites, desativar redes de comunicação e sistemas de GPS e fritar redes de energia a um custo de US $ 1 trilhão ou mais.
“O espaço ao nosso redor não é tão benigno, amigável e complacente com a nossa tecnologia como supúnhamos”, diz Schrijver.
Ao documentar as origens dessas tempestades em detalhes sem precedentes, a SDO oferece aos pesquisadores sua melhor chance de compreender as capacidades destrutivas do Sol. O objetivo é prever o clima espacial - ler o humor do Sol com antecedência suficiente para que possamos tomar precauções contra eles. O sucesso dependerá da contemplação da superfície do Sol para ver explosões magnéticas à medida que elas se desenvolvem, da mesma forma que os meteorologistas usam o radar de penetração de nuvens para ver sinais de um tornado antes que ele ruje no chão.
Mas, por enquanto, a atividade do Sol é tão complexa que suas convulsões frustram as principais mentes do campo. Quando solicitado a explicar a física que impulsiona a violência do Sol, o cientista da SDO, Philip Scherrer, da Universidade de Stanford, não menciona palavras: "Nós fundamentalmente não sabemos".
Nossa estrela mãe está a apenas oito minutos de distância, enquanto a luz voa. O Sol ganha mais tempo de telescópio do que qualquer outro objeto no espaço, e a pesquisa é uma empresa global. O satélite de maior sucesso antes da SDO, uma missão conjunta NASA-Agência Espacial Européia chamada Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), ainda envia imagens do Sol 15 anos após o seu lançamento. Um explorador menor agora no espaço, chamado Hinode, é uma colaboração entre a Nasa e o Japão, que estuda como os campos magnéticos do Sol armazenam e liberam energia. E a missão do Observatório Solar de Relações Terrestres da NASA (STEREO) consiste em dois satélites quase idênticos viajando na órbita da Terra, um na frente do nosso planeta e outro atrás. Os satélites permitem que os cientistas criem imagens tridimensionais de ejeções solares. Agora, em lados opostos do Sol, em fevereiro passado, eles tiraram a primeira foto da superfície inteira do Sol. No solo, telescópios nas Ilhas Canárias, na Califórnia e em outros lugares examinam o Sol com técnicas que eliminam os efeitos embaçados da atmosfera da Terra.
O Sol é uma bola giratória de gás grande o suficiente para conter 1, 3 milhão de Terras. Seu núcleo é um forno de fusão nuclear, convertendo 655 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio a cada segundo a uma temperatura de 28 milhões de graus Fahrenheit. Essa fusão cria energia que nos alcança como luz solar. Mas as camadas central e interna do Sol são tão densas que pode levar um milhão de anos para um fóton da energia combater apenas dois terços da saída. Lá, ele alcança o que os físicos solares chamam de “zona de convecção”. Acima, há uma fina camada que percebemos como a superfície do Sol. Os gases solares continuam no espaço além desta borda visível em uma atmosfera quente e chamando a coroa. Um tênue vento solar sopra por todo o sistema solar.
As coisas ficam especialmente interessantes na zona de convecção. Giros gigantes de gás carregado sobem e descem, como em uma panela de água fervente, apenas mais turbulenta. O Sol gira a velocidades diferentes - cerca de uma vez a cada 24 dias no seu equador e mais lentamente, a cada 30 dias, nos seus pólos. Essa diferença na velocidade corta o gás e emaranha suas correntes elétricas, alimentando os campos magnéticos do Sol. O campo magnético geral tem uma direção, assim como os pólos norte e sul da Terra atraem nossas bússolas. No entanto, o campo do Sol está cheio de curvas e dobras, e a cada 11 anos, ele vira: o pólo norte se torna o sul, depois volta para o norte novamente 11 anos depois. É um ciclo dinâmico que os cientistas não compreendem completamente, e é o cerne da maioria dos esforços para entender como o Sol se comporta.
Durante esses movimentos, o campo magnético profundo do Sol fica realmente retorcido. Ele sobe e atravessa a superfície visível para criar manchas solares. Essas manchas escuras de gás são mais frias que o restante da superfície do Sol, porque os campos magnéticos atados atuam como barreiras, impedindo que parte da energia do Sol escape para o espaço. Os campos em manchas solares têm o potencial de entrar em erupção. Acima das manchas solares, o campo magnético do Sol faz um loop e gira através da coroa. Essas contorções inflamam as explosões nas telas de vídeo da Lockheed em Palo Alto.
Schrijver e seu chefe, Alan Title, trabalham juntos há 16 anos, tempo suficiente para completar as sentenças um do outro. A mais recente criação de seu grupo, a Assembléia de Imagem Atmosférica - um conjunto de quatro telescópios que tiram fotos de gases de milhões de graus na coroa - é um dos três instrumentos implantados no SDO. A NASA compara isso a uma câmera IMAX para o sol.
"Esta bolha de gás que sopra é 30 vezes o diâmetro da Terra, movendo-se a um milhão de milhas por hora", diz Title, apontando na tela para um vórtice vermelho em expansão capturado pela SDO logo após o lançamento do satélite. E, ele observa quase casualmente, esta foi uma erupção bastante menor.
Os campos magnéticos mantêm os gases do Sol alinhados enquanto arqueiam para o espaço, diz Title, da mesma forma que um ímã de barra coloca limalha de ferro em padrões perfeitos. Quanto mais emaranhados os campos se tornam, menos estáveis eles são. Explosões solares acontecem quando os campos magnéticos se encaixam em um novo padrão - um evento que os físicos chamam de "reconexão".
Uma explosão solar típica expelida para a Terra, chamada de ejeção de massa coronal, pode conter dez bilhões de toneladas de gás carregado correndo pelo espaço. "Você tem que imaginar um conjunto de forças suficientes para lançar toda a água no rio Mississippi a uma velocidade de 3.000 vezes mais rápido do que um avião a jato, em 15 a 30 segundos", diz ele, parando um momento para deixar que afundar "Não há contrapartida para isso na Terra. Temos dificuldade em explicar esses processos ”.
Missões solares anteriores tiraram fotos fuzzy de grandes ejeções de massa coronal. Outros telescópios ampliavam os detalhes, mas podiam se concentrar apenas em uma pequena porção do Sol. A alta resolução de SDO de um hemisfério inteiro do Sol e suas rápidas gravações revelam como a superfície e a atmosfera mudam de minuto a minuto. Algumas características são tão inesperadas que os cientistas ainda não as nomearam, como um padrão de gás semelhante a um saca-rolhas que Schrij-ver traça na tela com o dedo. Ele pensa que é um campo magnético em espiral visto ao longo de sua borda, entrelaçando-se no gás enquanto ascende ao espaço. “É como se [o gás] estivesse sendo erguido em lingas”, diz ele.
Antes da missão ter um ano, os cientistas haviam analisado centenas de eventos, cobrindo milhares de horas. (As erupções de 1º de agosto, segundo eles, foram ligadas por “zonas de falha” magnéticas que abrangem centenas de milhares de quilômetros.) A equipe está trabalhando sob pressão, da NASA e de outros lugares, para melhores previsões do clima espacial.
"Bom Deus, isso é complicado", diz Schrijver, interpretando um filme sobre o humor do Sol em outro dia. "Não há dia quieto no sol."
A alguns quilômetros de distância, no campus de Stanford, o físico solar Philip Scherrer está lutando com a mesma pergunta que anima o grupo Lockheed Martin: seremos capazes de prever quando o Sol cataclismicamente lançará gás carregado em direção à Terra? "Gostaríamos de dar uma boa estimativa se uma determinada região ativa produzirá erupções ou ejeções em massa, ou se simplesmente desaparecerá", diz ele.
Scherrer, que usa um link de satélite para a recepção de televisão, explica o impacto do clima espacial, recordando um evento em 1997. "Um sábado, nós acordamos e tudo o que vimos foi fuzz", diz ele. Uma ejeção de massa coronal havia passado pela Terra na noite anterior. A nuvem magnética aparentemente tirou o satélite Telstar 401 usado pela UPN e outras redes.
“Eu levei isso pessoalmente, porque era 'Star Trek' [não pude assistir]”, diz Scherrer com um sorriso irônico. "Se tivesse acontecido na manhã do Super Bowl, todos saberiam disso."
A equipe de Scherrer e os engenheiros da Lockheed Martin desenvolveram o Heliosismism and Magnetic Imager da SDO, um instrumento que investiga o interior do Sun e monitora a direção e a força do campo magnético, criando mapas em preto-e-branco chamados magnetogramas. Quando as manchas solares aparecem, os mapas mostram uma agitação magnética nas bases das estruturas arqueadas na atmosfera do Sol.
O instrumento também mede vibrações na superfície do Sol. Na Terra, os sismólogos medem as vibrações da superfície para revelar falhas sísmicas e estruturas geológicas no subsolo. No Sol, as vibrações não vêm de terremotos, mas de pulsações causadas por gases que sobem e descem sobre a superfície a velocidades de cerca de 1.100 quilômetros por hora. À medida que cada gota de gás desce, impulsiona ondas sonoras para o Sol e balançam toda a estrela. O dispositivo de Scherer mede essas vibrações no rosto do Sol.
A chave, diz Scherrer, um dos maiores especialistas em heliosismologia, como é conhecida a ciência, é que as ondas sonoras se movem mais rápido com gás mais quente, como nós turbulentos muito abaixo da superfície, que muitas vezes pressagiam as manchas solares. As ondas sonoras também aceleram quando se movem através dos gases que fluem na mesma direção. Embora essas medidas criem pesadelos matemáticos, os computadores podem criar imagens do que está acontecendo sob a superfície do Sol.
Desta forma, a equipe de Scherrer pode detectar as manchas solares no lado mais distante dos dias do Sol antes que elas girem à vista e antes que elas estejam em posição de liberar partículas prejudiciais e gás para a Terra. Os cientistas também esperam localizar regiões ativas borbulhando de dentro do Sol um dia ou mais antes de serem vistas como manchas solares.
Essas técnicas fornecem visualizações de atrações futuras. O desafio, Scherrer diz, é encontrar os sinais certos de emaranhamento magnético que - como as imagens de radar de um tornado recém-formado - dão avisos confiáveis. Alguns pesquisadores focaram nas formas dos campos magnéticos, observando que uma curvatura em forma de S geralmente anuncia uma explosão. Outros observam se a força magnética no centro de uma mancha solar muda rapidamente - uma indicação de que ela pode estar pronta para se romper.
Scherrer invoca algumas fotos em sua tela, desculpando-se por não concorrer com os filmes da Lockheed. As imagens heliossísmicas me fazem lembrar a superfície nodosa de uma laranja, com nódulos de gás subindo pela esfera inteira do Sol. Os gráficos magnéticos lançam o Sol em tons de cinza manchado, mas quando Scherrer aplica zoom, manchas pretas e brancas se transformam em manchas irregulares. Estas são as fitas de força magnética, penetrando ou saindo da superfície em constante movimento do Sol.
Quando as linhas de campo magnético se reconectam no alto da atmosfera do Sol, Scherrer diz, “é muito parecido com um curto-circuito quando você toca dois fios com uma corrente. A energia que flui na corrente transforma-se em calor ou luz. ”As súbitas faíscas caem ao longo do campo magnético e se chocam contra a superfície do Sol, desencadeando um poderoso clarão.
O mais forte dos campos magnéticos arqueados do Sol pode capturar bilhões de toneladas de gás abaixo deles, preparando o cenário para as ejeções de massa coronal. Quando uma reconexão magnética de repente libera toda essa tensão, o gás sai para o espaço com o vento solar. "É como cortar a corda em um balão de hélio", diz Scherrer.
Ao estudar muitos desses eventos, Scherrer acha que ele e seus colegas podem conceber um sistema que classifica as probabilidades do Sol objetivando uma erupção na Terra - uma escala que pode ser considerada “totalmente clara” para “tomar precauções”. previsões, ele admite, e ele reconhece, também, que a previsão solar nunca pode rivalizar com os relatórios meteorológicos terrestres. A previsão solar exige que a equipe compare as atividades recentes no Sol com modelos de computador. Mas os modelos estão tão envolvidos que, no momento em que o computador lança uma resposta, o Sol já pode ter se desligado ou ficar quieto.
Uma das maiores surpresas solares nos últimos 50 anos não foi algo que a Sun fez, mas algo que não fez: não produziu muitas manchas solares durante a maior parte de 2008 e 2009. “Nós íamos 60, 70, 80, 90 dias sem uma única mancha solar ”, diz o editor de ciências da NASA, Tony Phillips, que publica de forma independente a SpaceWeather.com. “Na vida dos físicos solares, ninguém tinha visto isso. Surpreendeu toda a comunidade. ”
Ninguém sabe o que causou o silêncio misterioso. O campo magnético profundo aparentemente não se contorceu da maneira usual, talvez porque as correntes elétricas dentro do Sol enfraqueceram. Alguns cientistas especularam que o Sol estava se desligando, pelo menos temporariamente. Um painel de físicos solares estudou essas mudanças e projetou que a atividade do Sol pode atingir apenas metade de seus níveis recentes em seu próximo ciclo de 11 anos de manchas solares. Isso poderia ter implicações menores para a mudança climática. No último século, a atividade humana superou em muito as modulações do Sol ao afetar o clima da Terra. Se o padrão de atividade solar reduzida continuar através de outros ciclos do Sol e além, a diminuição sutil de energia do Sol poderia compensar levemente o aquecimento global.
O Sol está projetado para atingir o pico de seu atual ciclo de manchas solares no final de 2013 ou início de 2014. Mas não há razão para pensar que um Sol mais calmo permanecerá assim. “O maior evento de partículas e tempestade geomagnética na história registrada” - o evento de 1859 observado por Carrington - “ocorreu durante um ciclo solar de aproximadamente o mesmo tamanho que o que estamos projetando nos próximos dois anos”, diz Phillips. Além disso, um estudo recente de Suli Ma e colegas do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian mostrou que um terço das tempestades solares que atingem a Terra surgem sem erupções solares ou outros sinais de alerta. Esses ataques furtivos sugerem que o Sol pode ser perigoso mesmo quando parece silencioso.
Não há como proteger a Terra das erupções do Sol; tempestades poderosas sempre perturbarão o campo magnético do nosso planeta. Mas o aviso antecipado pode limitar seu impacto. As precauções incluem a redução de cargas de energia para prevenir surtos em linhas elétricas, colocar satélites em um modo de segurança eletrônica e - no caso da NASA - dizer aos astronautas que se abriguem nas partes mais fortificadas de suas espaçonaves.
Mesmo com essas medidas, um evento tão severo quanto as tempestades solares de 1859 ou 1921 causaria estragos, afirma o físico solar e espacial Daniel Baker, da Universidade do Colorado, principal autor do relatório do Conselho Nacional de Pesquisa de 2008. As pessoas se tornam mais dependentes da tecnologia de comunicação até o ano, diz Baker, tornando-nos cada vez mais vulneráveis ao caos eletromagnético. “Esses eventos [graves] provavelmente ocorrem a cada década”, diz ele. "É apenas uma questão de tempo antes de um deles nos atingir."
Baker e seus colegas pediram à Nasa e à Administração Nacional Oceânica e Atmosférica, que administra o Centro de Previsão do Tempo Espacial em Boulder, Colorado, para desenvolver um sistema de satélites de alerta para o clima espacial. Hoje, o único instrumento que pode determinar a direção do campo magnético dentro de uma ejeção de massa coronal que se aproxima - um fator crítico para determinar com que violência ele irá interagir com a Terra - está em um satélite de 13 anos que não tem substituto de curto prazo.
"O Sol é uma estrela altamente variável", avisa Baker. “Vivemos em sua atmosfera exterior e o casulo cibernético que circunda a Terra está sujeito a seus caprichos. É melhor nós aceitarmos isso.
Robert Irion dirige o programa de redação científica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.
Uma imagem ultravioleta extrema do sol. As regiões azuis são as mais quentes, a 1, 8 milhões de graus Fahrenheit. (NASA / GSFC / AIA) 
Quando uma ejeção de massa coronal atinge a Terra, as partículas solares fluem ao longo das linhas do campo magnético, energizam gases na atmosfera e brilham como luzes do norte (em Manitoba). (Federico Buchbinder) 
O Solar Dynamics Observatory, mostrado aqui na concepção de um artista, foi lançado em 2010 e oferece uma visão sem precedentes do sol. (NASA) 
Uma semana tempestuosa no Sol culminou em erupções em 1 de agosto de 2010, que iluminaram as luzes do norte dos Estados Unidos. (NASA) 
Foi "um dos dias mais impressionantes que eu já vi no sol", diz Karel Schrijver das erupções de agosto de 2010. (John Lee / Aurora Select) 
Observações do Solar Dynamics Observatory mostram complexidade surpreendente na superfície do Sol. Ventos solares fluem para o espaço a partir de um "buraco coronal" escuro. (NASA) 
Um filamento magnético dançando no hemisfério sul do Sol tem cerca de 340.000 milhas de comprimento, ou cerca de 40% mais do que a distância da Terra à Lua. (Didier Favre) 
Uma erupção solar em erupção do Sol traça loops magnéticos brilhantes. (NASA) 
Philip Scherrer, perto do observatório solar de Stanford, usa a helioseismologia e a imagem magnética para entender as estruturas profundas do Sol e ver o que está acontecendo no lado oposto da estrela - antes que potenciais problemas apareçam. (John Lee / Aurora Select) 
Uma imagem magnética do sol. (NASA) 
Os instrumentos do Solar Dynamics Observatory enviam de volta imagens do Sol em diferentes comprimentos de onda. Um comprimento de onda de uma ejeção de massa coronal no verão passado mostra uma explosão de radiação e material magnetizado em erupção do sol. (NASA) 
Este comprimento de onda dá uma imagem mais clara da onda de choque quando a erupção se espalha pela superfície do Sol. (NASA)
